Ten artykuł zawiera podstawowy przewodnik na temat Proof of Work. Dowiesz się, do czego jest potrzebny, jaka jest różnica między Proof of Work a Proof of Stake i nie tylko.
Aby ułatwić nawigację, zapoznaj się ze spisem treści:
- Czym jest dowód pracy?
- Dlaczego potrzebujemy PoW?
- Co to są podwójne wydatki?
- Jak działa PoW?
- Dowód pracy vs. dowód stawki
- Wnioski
- Często zadawane pytania
Czym jest dowód pracy?
Proof of Work (w skrócie PoW) to tak zwany mechanizm konsensusu (znany również jako algorytm konsensusu) używane w kryptowaluty. To, co robi, to zapobieganie podwójne wydatki. Proof of Work jest powszechnie określany jako metoda zabezpieczenia księgi kryptowalut.
Będąc pierwszym algorytmem konsensusu, jaki kiedykolwiek stworzono, Proof of Work jest nadal uważany za dominujący wśród innych algorytmów konsensusu. Satoshi Nakamoto, w Bitcoin twórca, wprowadził PoW w 2008 roku. Ale w rzeczywistości technologia, która umożliwiła PoW, była już znana przed okresem.
Najbardziej znanym przykładem algorytmu PoW sprzed ery kryptowalut jest HashCash autorstwa Adama Backa. Działał on jako narzędzie do zmniejszania liczby listów spamowych, wymagając od nadawców wykonania pewnej ilości obliczeń przed wysłaniem wiadomości e-mail. Ilość mocy obliczeniowej była stosunkowo niska dla pojedynczego nadawcy wiadomości e-mail, ale rosła dramatycznie dla kogoś, kto masowo wysyłał wiadomości e-mail.
Dlaczego potrzebujemy dowodu pracy?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy najpierw przyjrzeć się, w jaki sposób technologia blockchain działa.
W sieci Bitcoin użytkownicy potrzebują systemu do potwierdzania transakcji, ponieważ gdy transmitują swoje transakcje do sieci, te ostatnie nie otrzymują od razu zatwierdzonego statusu. Transakcje muszą najpierw stać się częścią systemu blockchain. Ponieważ blockchain jest otwartą bazą danych, każdy użytkownik może śledzić historię wszystkich środków w sieci. Najłatwiej spojrzeć na to w notatniku.
Oto pomysł:
- Ty i trzech innych znajomych korzystacie z tego samego notatnika;
- Cała czwórka używa tego notatnika do śledzenia transakcji i sprawdzania, ile pieniędzy każdy z was wydaje;
- Aby każda nowa transakcja była ważna, podczas jej dokonywania należy odwołać się do poprzedniej transakcji, która zapewniła środki;
- Jeśli więc jeden z Twoich znajomych spróbuje dokonać transakcji przy użyciu tych samych środków - taka transakcja zostanie uznana za nieważną i zostanie zablokowana.
Ale tutaj jest haczyk - taki system może działać tylko dla małej grupy ludzi, którzy się znają i mogą dojść do porozumienia podczas dokonywania transakcji i zapisywania swoich danych we wspólnym notatniku, aby ich operacje były w pełni przejrzyste i możliwe do prześledzenia. Ale co, jeśli chcesz zrobić to samo dla ogromnej grupy użytkowników online, powiedzmy 10 000 lub więcej osób? W takim przypadku podejście oparte na notatniku nie zadziała, ponieważ nikt nie będzie chętny, by pozwolić nieznajomym zarządzać transakcjami.
I właśnie dlatego sieć walut cyfrowych potrzebuje systemu Proof of Work. Mechanizm ten służy jako blokada dla użytkownika do wydawania aktywów, których nie ma prawa wydać. Algorytm PoW łączy w sobie teoria gier i kryptografii, pozwalając w ten sposób użytkownikom Bitcoin blockchain aktualizować dane transakcji bitcoinowych w ścisłej zgodności z systemem.
Jak działa PoW?
Czym jest górnictwo?
Aby zrozumieć, jak faktycznie działa Proof of Work, musimy najpierw dowiedzieć się, czym jest mining.
Dodając transakcje do łańcucha bloków, nie można dodawać ich osobno - należy zebrać je w bloki. Gdy tylko transakcje pojawią się w sieci, koncepcja jest następująca: muszą one zostać dodane do pewnego rodzaju bloku zwanego blok kandydatów. Następnie ten kandydujący blok czeka na walidację, aby stać się ważnym - innymi słowy, aby zostać dodanym do łańcucha bloków.
Tworzenie nowego bloku nie jest najtańszym procesem. Wymaga pewnego zasobu, którym jest moc obliczeniowa. Lub moc wydobywcza, ponieważ ten, kto tworzy blok, nazywany jest górnikiem. Górnik (używając nowoczesnego komputera z wystarczającą mocą obliczeniową) rozwiązuje tzw. łamigłówkę obliczeniową - tj, haszowanie dane bloku.
Co oznacza haszowanie danych bloku? Oznacza to przetwarzanie danych za pomocą funkcja skrótu która generuje hash bloku. Po przetworzeniu przez funkcje skrótu, nowy blok otrzymuje swój unikalny kod - rodzaj odcisku palca. Ten “odcisk palca” nadaje indywidualną tożsamość danym wejściowym bloku.
Nie można wyodrębnić danych wejściowych z bloku hash. Jeśli jednak znasz dane wejściowe, możesz stwierdzić, czy blok jest poprawny. W tym celu wystarczy przetworzyć dane wejściowe przez funkcję skrótu i upewnić się, że dane wyjściowe są takie same.
Proof of Work wymaga, aby hash danych spełniał określone warunki. Aby upewnić się, że hash danych spełnia te warunki, należy przepuścić go przez funkcję hashującą. Jeśli po sprawdzeniu dane nie będą pasować, będziesz musiał je poprawić, zmieniając je nieco. Ważne jest, aby wiedzieć, że nawet zmiana jednego znaku spowoduje ogromną różnicę, dzięki czemu wynik wyjściowy będzie całkowicie nieprzewidywalny.
Najważniejsze jest to, że tworzenie bloku jest zadaniem, którego nie można przewidzieć. Wszystko sprowadza się po prostu do haszowania pewnej liczby transakcji z innymi kluczowymi danymi. To, czego zawsze będziesz potrzebować, to uzupełnienie stałego zestawu danych o fragment zmiennych danych. Bez tego wynik hashowania zawsze będzie niezmienny.
Fragment zmiennych danych, o którym wspomnieliśmy, nazywa się nonce. Jest to liczba, która zmienia się za każdym razem, dając różne hashe. Sam proces nazywa się wydobywaniem.
Czym w ogóle jest górnictwo?
- Wydobywanie to proces zbierania danych blockchain i mieszania ich z nonce w celu znalezienia określonego skrótu. Gdy górnik znajdzie hash, który spełnia warunki przypisane do protokołu, uzyskuje prawo do rozgłaszania nowych bloków w sieci. W tym samym czasie blockchain jest aktualizowany przez innych użytkowników sieci, którzy dodają nowe bloki.
Warunki, które muszą zostać spełnione podczas procesu wydobywania, różnią się w zależności od waluty cyfrowej. Istnieją na przykład waluty o wyjątkowo trudnych warunkach. Wszystko zależy od szybkość mieszania sieci - im wyższy hash rate, tym trudniej jest znaleźć poprawny hash. Wszystko to jest częścią projektu - gdyby wskaźniki hashowania były niskie, górnicy znajdowaliby monety zbyt szybko, a ich liczba szybko by rosła.
Wydobycie nie jest jednak niemożliwe. Chodzi o to, że powinno być umiarkowanie trudne. W przeciwnym razie nie byłoby sensu, aby inni górnicy dołączali. Górnictwo to rywalizacja. Każdego dnia górnicy rywalizują ze sobą. Praca górników jest ostatecznie nagradzana, co zwiększa ich entuzjazm do dalszego wydobywania.
Jak wspomnieliśmy wcześniej, wydobywanie (tj. rozwiązywanie zagadek matematycznych) wymaga ogromnych ilości mocy obliczeniowej. Ale to nie wszystko. Jak wiadomo, komputery potrzebują energii elektrycznej do działania. To sprawia, że wydobycie jest ciężkim zadaniem związanym z kosztami energii elektrycznej. Jest jednak dobra wiadomość - prawidłowe hashe są nagradzane. Oznacza to, że za każdym razem, gdy górnik znajdzie prawidłowy hash, otrzyma nagrodę za blok w postaci kryptowaluta.
Czym jest kryptografia klucza publicznego?
Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe informacje, możemy wyciągnąć następujące wnioski:
- Górnictwo kosztuje (sprzęt górniczy + znaczna ilość zużywanej energii elektrycznej).
- Górnicy otrzymują nagrody za znalezienie prawidłowych bloków
- Dzięki danym wejściowym użytkownik łańcucha bloków może upewnić się, że blok jest prawidłowy, bez zużywania zbyt dużej mocy procesora.
Rzecz w tym, że zawsze znajdą się tacy, którzy będą chcieli pójść na łatwiznę. W tym przypadku ci, którzy będą chcieli spróbować oszukiwać. Czy jest to możliwe? Czy ktoś może stworzyć kilka fałszywych transakcji, zhashować je do jednego bloku i uciec od tworzenia nowego ważnego bloku? Technicznie rzecz biorąc, odpowiedź brzmi: tak. Istnieje jednak sposób na powstrzymanie złych aktorów przed nadużywaniem publicznego łańcucha bloków dla własnego dobra.
Aby upewnić się, że użytkownik ma prawo do wydawania środków, stosuje się specjalny mechanizm kryptograficzny - nazywa się to kryptografią klucza publicznego. Koncepcja jest następująca:
- Po utworzeniu transakcji użytkownik musi podpisz;
- Podpis jest publikowany i każdy użytkownik ma do niego dostęp;
- Inni użytkownicy mogą porównać podpis z kluczem publicznym - jeśli się zgadzają, transakcja jest ważna;
- Użytkownicy mogą również sprawdzić, czy twórca transakcji może faktycznie wydać swoje środki i czy suma wyjściowa jest niższa niż suma wejściowa.
Więcej informacji, Przeczytaj ten artykuł.
Sieć usuwa każdy nieprawidłowy blok transakcji, co skutkuje ogromną stratą pieniężną. Tak więc oszukiwanie w sieci blockchain jest naprawdę niezwykle kosztowne. I to jest właśnie idea stojąca za Proof of Work (i innymi mechanizmami konsensusu):
- Mechanizm konsensusu PoW sprawia, że oszukiwanie jest kosztowne, ale z drugiej strony zachęca do uczciwego działania, przynosząc duże zyski.
Co to są podwójne wydatki?
Mówiąc o Proof of Work, istnieje podstawowy termin, o którym powinieneś wiedzieć. Termin ten to podwójne wydatki.
A podwójny wydatek to w zasadzie fundusz, który użytkownik próbuje wydać więcej niż jeden raz. Jest to powszechny termin określający operacje związane z cyfrowymi pieniędzmi. Powodem jest to, że fundusze cyfrowe nie są tym samym, co waluta fiducjarna - tj. pieniądze, które faktycznie istnieją w świecie fizycznym. W końcu w pewnym momencie każda osoba zajmująca się walutami cyfrowymi będzie musiała przyznać, że nie mają one żadnej wartości w świecie rzeczywistym. Ale znowu, z wielu powodów, kryptowaluty stały się popularne w ciągu ostatnich kilku lat, co spowodowało boom kryptowalutowy i mnóstwo technik oszustwa. Jedną z tych technik jest podwójne wydawanie środków.
Postawmy sprawę jasno:
- Nie możesz zapłacić dwa razy fizyczną gotówką, ale MOŻESZ (przynajmniej próbować) użyć tego samego funduszu waluty cyfrowej do dokonywania transakcji bitcoinowych (co jest oczywiście oszustwem).
Wyobraź sobie następującą sytuację: kupiłeś filiżankę kawy i zapłaciłeś za nią gotówką. Teraz, jeśli chcesz kupić kolejną filiżankę kawy, nie będziesz w stanie zapłacić za nią tym samym banknotem dolarowym, ponieważ został on zaakceptowany przez kasjera i zablokowany w kasie. Nie będziesz też mógł użyć tego banknotu w innym sklepie z wcześniej wymienionego powodu.
Ale z walutami cyfrowymi można wykonać tę sztuczkę. Ponieważ pieniądze cyfrowe to tylko kilka zer i jedynek (tj. dane skompresowane w pliku), można powielić te dane i wysłać je pocztą elektroniczną do dowolnej liczby osób. Dlatego tak ważne jest posiadanie mechanizmów uniemożliwiających ludziom korzystanie z tych samych środków w różnych miejscach. Bez takich mechanizmów podwójne wydatki zniszczą walutę.
Więcej informacji na temat podwójnych wydatków, przeczytaj ten przewodnik.
Dowód pracy vs. dowód stawki
Jak wspomnieliśmy powyżej, Proof of Work (PoW) nie jest jedynym algorytmem konsensusu na rynku. W tej części naszego przewodnika przyjrzymy się potencjalnemu rywalowi algorytmu Proof of Work - PoW. Dowód stawki.
Czym jest Proof of Stake?
Proof of Stake to kolejny popularny mechanizm konsensusu, który pozwala na walidację transakcji i osiągnięcie konsensusu. PoS wykorzystuje jednak zupełnie inne podejście niż PoW. W przeciwieństwie do Proof of Work, Proof of Stake działa wirtualnie.
Oznacza to, że podczas gdy PoW wymaga ogromnej mocy obliczeniowej do wykonania funkcji kosztu procesora (lub rozwiązania zagadki obliczeniowej), kluczową cechą PoS jest użycie walidatorów. Walidatory blokują stawkę, aby zapobiec oszustwom. Następnie walidatorzy muszą zdecydować, jaki następny blok zostanie dodany do łańcucha. Następnie obstawiają wybrane bloki. Jeśli blok pojawi się w łańcuchu, walidatorzy otrzymują nagrodę proporcjonalną do całej stawki.
Czy PoS jest lepszy od PoW?
Proof of Stake nie został jeszcze w pełni zintegrowany z blockchainami kryptowalut. Jednym z nich, który zrobił to jako pierwszy, jest sieć Ethereum. Społeczność Ethereum nie może się doczekać przejścia z Proof of Work na Proof of Stake w najbliższej przyszłości. Powodem jest to, że Proof of Work jest zbyt duży pod względem zużycia energii elektrycznej - funkcja wyceny procesora wymaga więcej mocy wydobywczej niż walidacja transakcji za pośrednictwem PoS. A im więcej górników dołącza do pul wydobywczych, tym więcej mocy potrzeba.
Wiele osób na całym świecie jest zaniepokojonych takim zużyciem energii. Dlatego też blockchain Ethereum chce wykorzystać mechanizm Proof of Stake, próbując znaleźć bardziej ekologiczne rozwiązanie.
Kolejnym punktem w rywalizacji PoW vs PoS jest szybkość (liczba transakcji na sekundę). Dzięki Proof of Stake użytkownicy mogą wysyłać i otrzymywać środki w ciągu zaledwie kilku sekund w porównaniu do procesu Proof of Work, który trwa znacznie dłużej. Nawiasem mówiąc, ten ostatni czynnik wpływa również na wzrost opłat transakcyjnych w sieciach kryptowalutowych.
Na koniec pozostaje kwestia bezpieczeństwa. Czy Proof of Stake jest bezpieczniejszy niż Proof of Work? Odpowiedź brzmi: tak. Dzięki protokołowi CASPER, PoS jest potencjalnie bezpieczniejszy niż PoW. Co więcej, ataki hakerów na systemy oparte na PoS będą coraz droższe, a tym samym rzadsze.
Wnioski
W tamtych czasach, Proof of Work (PoW) był oryginalnym mechanizmem do wykrywania podwójne wydatki w ramach Bitcoin blockchain. Łączenie kryptografii, funkcje skrótu, i teorię gier, PoW zapewnia bezpieczniejsze działanie w zdecentralizowanej sieci, tworząc stabilny rozproszony system oparty na konsensusie.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest protokół Proof of Work?
Protokół PoW to mechanizm walidacji transakcji w zdecentralizowanym systemie kryptowalut. Dzięki Proof of Work niemożliwe staje się angażowanie się w podwójne wydawanie - technikę oszustwa polegającą na wykorzystywaniu jednego i tego samego funduszu do kilku transakcji.
Jaka jest różnica między Proof of Stake i Proof of Work?
Istnieją dwie główne różnice między dwoma najpopularniejszymi protokołami konsensusu. Pierwsza różnica polega na tym, że Proof of Stake stosuje bardziej energooszczędne podejście, podczas gdy Proof of Work potrzebuje dużych ilości energii elektrycznej do działania. Druga różnica polega na tym, że Proof of Stake jest potencjalnie bezpieczniejszy dzięki protokołowi CASPER i rosnącym kosztom ataków hakerów.
Co rozumiesz przez “zagadkę matematyczną”?”
Rozwiązywanie “zagadek matematycznych” to proces wydobywania kryptowalut. Górnicy na całym świecie używają drogiego sprzętu komputerowego i zużywają dużo energii elektrycznej do “wydobywania” bitcoinów (i innych kryptowalut) poprzez przetwarzanie ogromnych ilości danych w celu tworzenia nowych jednostek i dodawania ich do łańcucha bloków.
Czym jest token PoW?
Token PoW jest “walutą” używaną jako forma pseudo-płatności w wielu aplikacjach, takich jak poczta elektroniczna. Jeśli do wiadomości e-mail dołączony jest token PoW, oznacza to, że wiadomość ta jest wolna od spamu. Tokeny PoW są również wykorzystywane do wielokrotnego użytku Proof of Work. Technicznie rzecz biorąc, tokeny PoW są elementami systemu antyspamowego.